Registration Number
0526U000064, Doctoral dissertation
Status
Доктор технічних наук
Date
15-04-2026
popup.evolution
.
Title
Scientific bases for increasing functional properties of surface layers of titanium alloys for medical applications
Author
Oleh V. Tkachuk, к.т.н.
popup.head Iryna M. Pohreliuk
popup.opponent Pavlo V. Kaplun
popup.opponent Zoia A. Duriagina
popup.opponent Nataliia Y. Imbirovych
popup.review Orest P. Ostash
popup.review Olha І. Zvirko
popup.review Halyna V. Krechkovska
popup.rada
Physico-Mechanical Institute named after GV Karpenko of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
У дисертаційній роботі вирішено важливу науково-технічну проблему – підвищення комплексу біосумісних, зносо- та протикорозійних характеристик титанових сплавів медичного призначення за допомогою інженерії їх поверхні шляхом формування відповідного структурно-фазового стану нітридних і оксинітридних шарів дифузійним насиченням з контрольованого газового середовища та гідроксиапатитних покриттів регламентованих параметрів плазмо-електролітним оксидуванням.
Встановлено загальні закономірності формування структурно-фазового стану модифікованих шарів на титанових сплавах медичного призначення шляхом дифузійного насичення з контрольованого азотвмісного газового середовища, та його вплив на зносо- та корозійну тривкість у фізіологічних розчинах.
Розроблено етапний спосіб азотування технічно чистого титану ВТ1-0, що забезпечує високий рівень трибологічних і протикорозійних характеристик поверхні у фізіологічних розчинах. Апробація на стенді-імітаторі біомеханічного руху людини Т-24 показала, що інтенсивність зношування чашки з UHMWPE в парі з азотованою титановою головкою менша у 3 рази порівняно з парою тертя з CoCrMo. Встановлено, що азотована за розробленим способом насичення поверхня покращує цитосумісність титану, що дозволяє перейти до досліджень in vivo.
Розроблено наукові підходи до формування оксинітридних шарів на титанових сплавах з контрольованого азоткисневмісного газового середовища як у розрідженому (0,001…0,1 Па) азоткисневмісному газовому середовищі (повітря), так і насиченням у розрідженому азоті з додаванням 20 і 30 об.% кисню (азоткисневмісній газовій суміші). Встановлено температурний (500...750 °С) діапазон формування оксинітридних шарів.
Встановлено, що при модифікуванні нестехіометричного нітриду титану киснем відбувається заміщення атомів азоту на атоми кисню з формуванням на поверхні оксинітриду титану TiNxO1-x, в якому вміст азоту зменшується, аж до утворення оксиду титану TiO2. Визначено, що збільшення вмісту кисню в оксинітриді призводить до підвищення корозійної тривкості та цитосумісності титанового сплаву ВТ6, а оксинітридні шари TiN0,42O0,58 та TiN0,36O0,64 можуть бути рекомендовані для подальшого тестування їх біологічної дії in vivo.
Визначено оптимальний склад електроліту (1М КОН+ гідроксиапатит) для формування ГА покриття на титанових сплавах медичного призначення методом ПЕО, що дозволяє сформувати порувате ГА покриття зі сфероїдальною структурою та оптимальним співвідношенням Са/Р за напруги 160 В в імпульсному режимі.
Встановлено закономірності формування ГА покриттів на попередньо сформованих нітридних шарах Ti2N та TiNх. Показано, що корозійна тривкість покриття Ti2N+ГA у розчині Рінгера вища порівняно з TiNх+ГA. Встановлено, що значення модуля Юнга для ГA покриття, осадженого на нітридний шар Ti2N, близьке до відповідного значення для кортикальної кістки.
Встановлено, що з переходом від нітриду до оксинітриду титану зі збільшенням вмісту кисню в оксинітриді співвідношення Са/P змінюється від значень > 2 до співвідношення, характерного для біологічного ГА, що призводить до покращення корозійної тривкості ГА покриття. Встановлено механізми формування ГА покриттів на попередньо модифікованих поверхнях титанових сплавів медичного призначення.
Registration Date
2026-03-16
popup.nrat_date
2026-03-16 / 2026-08-27
